Tính toán tổn thất và tối ưu hoá vị trí đặt tụ bù cho lưới điện 110KV khu vực miền bắc

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

TRẦN THỊ HỒNG

TÍNH TOÁN TỔN THẤT VÀ TỐI ƯU HÓA VỊ TRÍ ĐẶT TỤ BÙ
CHO LƯỚI ĐIỆN 110KV KHU VỰC MIỀN BẮC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
Chuyên ngành: HỆ THỐNG ĐIỆN

Hà Nội – Năm 2010


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

TRẦN THỊ HỒNG

TÍNH TOÁN TỔN THẤT VÀ TỐI ƯU HÓA VỊ TRÍ ĐẶT TỤ BÙ
CHO LƯỚI ĐIỆN 110KV KHU VỰC MIỀN BẮC

Chuyên ngành: HỆ THỐNG ĐIỆN
mã số: 004665C810

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Người hướng dẫn khoa học: GS.TS LÃ VĂN ÚT

Hà Nội – Năm 2010

LỜI CAM ĐOAN
Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học của Tác giả.
Các số liệu, kết quả tính toán trong bản luận văn tốt nghiệp là trung thực
và chưa được ai công bố trong bất cứ công trình nào khác.
Tác giả luận văn

Trần Thị Hồng


MỤC LỤC
Trang
Trang phụ bìa
Lời cam đoan
Mục lục
Danh mục các chữ viết tắt
Danh mục các bảng
Danh mục các hình vẽ
MỞ ĐẦU

1

Chương 1: LƯỚI TRUYỀN TẢI VÀ VẤN ĐỀ GIẢM TỔN THẤT

3

ĐIỆN NĂNG, CÁC BIỆN PHÁP BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
ĐỂ GIẢM TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG
1.1 Vai trò, đặc điểm chung của lưới điện truyền tải

3

1.1.1. Các yêu cầu chung

3

1.1.2. Cấu trúc của Hệ thống điện

3

1.1.3. Vai trò và đặc điểm chung của lưới điện truyền tải 110kV

5

1.2. Tổn thất điện năng

6

1.2.1. Các nguyên nhân gây ra tổn thất trong HTCCĐ

6

1.2.2. Tổn thất kỹ thuật

6

1.2.3. Tổn thất kinh doanh (tổn thất phi kỹ thuật)

7

1.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến tổn thất và khả năng giảm thiểu tổn

8

thất

1.3.1 Điện áp làm việc của trang thiết bị

8

1.3.2 Truyền tải công suất phản kháng

8

1.4. Các phương pháp tính tổn thất điện năng
1.4.1 Tính tổn thất điện năng theo biểu đồ

9
11

1.4.1.1 Tính toán theo biểu đồ dòng điện

11

1.4.1.2. Biểu đồ phụ tải cho ở dạng công suất toàn phần

12

1.4.1.3. Phương pháp dòng điện trung bình bình phương

12


1.4.1.4 Sử dụng chương trình tính toán
1.4.2. Tính toán tổn thất điện năng theo thời gian tổn thất

13
14

công suất cực đại
1.4.3. Phương pháp đường cong tổn thất
1.4.3.1 Trường hợp chỉ đo được biểu đồ công suất tổng

16
16

trên thanh cái và cho trị số công suất định mức (hay cực đại) các nút.
1.4.3.2 Trường hợp lưới có một phụ tải hay một nhóm

17

phụ tài với đặc tính khác biệt.
1.4.3.3 Quản lý vận hành HTCCĐ theo đường cong tổn
thất
1.5. Các biện pháp giảm tổn thất điện năng

18
21

1.5.1. Giảm tổn thất điện năng đối với đường dây

21

1.5.2. Đối với máy biến áp

22

1.5.3. Giảm tổn thất điện năng trong vận hành

23

1.5.4. Các biện pháp bù công suất phản kháng để giảm tổn thất

23

điện năng
1.5.4.1. Nguyên tắc chung

23

1.5.4.2. Suất giảm chi phí tổn thất của thiết bị bù trong

25

1.5.4.3 Các bài toán liên quan đến bù tối ưu công suất phản

26

1.5.4.4 Ảnh hưởng của biểu đồ phụ tải đến giá trị bù tối ưu

28

HTCCĐ

kháng
1.6 Nhận xét về các phương pháp tính toán tổn thất điện năng, các nội

30

dung thực hiện trong luận văn
Chương 2: GIỚI THIỆU PHẦN MỀM PSS/ADEPT TRONG VIỆC
TÍNH TOÁN TỔN THẤT VÀ TỐI ƯU HÓA VỊ TRÍ ĐẶT TỤ BÙ
2.1 Giới thiệu PSS/ADEPT
2.1.1 Ứng dụng của PSS/ADEPT

32
32
32


2.1.2 Chức năng khác

32

2.1.3 Cài đặt và khởi động PSS/ADEPT

32

2.1.4 Giao diện cửa sổ chương trình PSS/ADEPT

33

2.1.5. Tạo mới, mở file, tính toán hiển thị kết quả và lưu trữ file

33

trong PSS/ADEPT
2.1.6 Đặt thuộc tính của chương trình PSS/ADEPT

44

2.1.7 Thoát khỏi chương trình khi kết thúc

44

2.2. Tính toán thông số đường dây và lập file từ điển dữ liệu
2.2.1. Tính toán thông số đường dây

44
44

2.2.1.1. Cài đặt các tùy chọn cho việc tính thông số đường dây

45

2.2.1.2. Các bước tính toán thông số đường dây

46

2.3. Tính toán trào lưu công suất

2.3.1 Bước 1

49
49

2.3.1.1. Cài đặt chương trình

50

2.3.1.2. Cài đặt các thông số cơ bản của lưới điện cần tính toán

50

2.3.1.3. Cài đặt các đặc tính trên sơ đồ cần tính toán

51

2.3.1.4. Cài đặt các tùy chọn cho bài toán phân bố công suất

52

2.3.2 Bước 2: Lập sơ đồ và nhập các thông số của các phần tử

55

như sau

trên sơ đồ
2.3.2.1 Tạo các phần tử trên sơ đồ lưới điện

55

2.3.2.2 Phân nhóm các phần tử trên sơ đồ lưới điện

58

2.3.2.3. Phân nhóm của từng loại phụ tải (nhóm tải)

59

2.3.2.4. Khai báo các thông số để phân tích kinh tế mạng điện

60

2.3.3 Bước 3: Tính toán trào lưu công suất và xuất kết quả tính

60

toán ra màn hình hoặc máy in
2.3.4 Một số bước cần làm khi bài toán phân bố công suất không

61

hội tụ
2.4 Tính toán tối ưu hóa vị trí đặt tụ bù

63


2.4.1 Các bước thực hiện khi tính toán vị trí bù tối ưu trên lưới điện

63

2.4.2 Trình tự các bước thực hiện bài toán

63

2.4.2.1 Định nghĩa các chi phí sử dụng trong tính toán tối ưu vị trí
đặt tụ bù
2.4.2.2. Cài đặt các tùy chọn cho bài toán tính toán tối ưu vị trí bù
tại thẻ CAPO
2.4.2.3. Chạy bài toán tính toán tối ưu hóa vị trí bù và xuất ra kết
quả tính toán
Chương 3: TÍNH TOÁN ÁP DỤNG CHO LƯỚI 110KV KHU VỰC
MIỀN BẮC
3.1 Tính toán tổn thất công suất và tổn thất điện năng

63

67

69

74
74

3.1.1 Phương pháp tính

74

3.1.2 Ứng dụng phần mềm PSS/ADEPT để xây dựng sơ đồ lưới

77

điện 110kV khu vực miền Bắc và tính tổn thất công suất cho toàn lưới
3.1.2.1. Tính toán thông số đường dây và lập file từ điển dữ

77

3.1.2.2. Tính toán thông số MBA

79

3.1.2.3. Vẽ sơ đồ lưới điện 110kV khu vực miền Bắc sau khi

80

liệu

có các thông số tất cả các đường dây cũng như MBA, các nguồn và phụ
tải trung áp
3.1.2.4. Nhập số liệu P, Q thống kê được của từng nguồn và

81

phụ tải vào sơ đồ lưới điện, chạy chương trình và in kết quả
3.2 Xác định vị trí bù tối ưu cho lưới 110kV miền Bắc

90

3.2.1 Thiết lập các thông số kinh tế lưới điện cho CAPO

90

3.2.2 Quy mô và thực hiện

91

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

94

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

95

PHỤ LỤC



DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
HTĐ

Hệ thống điện.

MBA

Máy biến áp

TBA

Trạm biến áp

Network

Lưới điện

PSS/ADEPT

Power

System

Simulator/Advanced

Distribution

Engineering Tool (công cụ mô phỏng lưới điện phân phối)
TOPO

Tie Open Point Optimization (tối ưu hóa kết lưới)

CAPO

Tối ưu hóa vị trí đặt tụ

DRA

Tính toán độ tin cậy lưới điện

LINE PRO

Tính toán thông số dường dây điện

PC

Tính toán phối hợp bảo vệ

HTCCĐ

Hệ thống cung cấp điện


DANH MỤC HÌNH VẼ
Số hiệu
Hình vẽ

Tên hình vẽ

Trang

1.1

Sơ đồ cấu trúc hệ thống điện (khu vực)

4

1.2

Sơ đồ lưới truyền tải 110kV

5

1.3

Đồ thị biến thiên của dòng điện theo thời gian

11

Đồ thị phụ tải được chữ nhật hóa; Đồ thị phụ tải được hình thang hóa

11

1.5

Đồ thị phụ tải của dòng điện theo thời gian T

13

1.6

13

1.7

Đồ thị xác định dòng điện trung bình bình phương Itb
Biểu đồ phụ tải xây dựng theo phương pháp đường cong tổn thất

17

1.8

Cách xây dựng biểu đồ tổn thất công suất

17

1.9

Xác định tổn thất công suất và điện năng theo ĐCTT

19

1.4a; 1.4b

1.10a;1.10b Họ các đường cong tổn thất trên lưới
1.11

Sơ đồ thuật toán xác định dung lượng bù tối ưu

1.12(a), (b) Lưới truyền tải có một phụ tải.

20
27
28

2.1

Giao diện của PSS/ADEPT.

33

2.1

Các cửa sổ ứng dụng của PSS/ADEPT

35

2.3

Cửa sổ sau khi tính toán phân bố dòng công suất

36

2.4

Cửa sổ kết quả tính toán

36

2.5

Các thanh công cụ trên menu chính

37

2.6

Người dùng có thể lựa chọn các công cụ hiển thị thông qua Tools

37

2.7

Thanh công cụ File

38

2.8

Thanh công cụ Diagram

38

2.9

Các cài đặt cho chương trình

39

2.10

Thanh công cụ phân tích.

39

2.11

Thanh công cụ quan sát

40

2.12

Thanh công cụ hiển thị kết quả trên sơ đồ

40

2.13

Thanh công cụ báo cáo

40


2.14

Trang thuộc tính của sơ đồ lưới

41

2.15

Thuộc tính mặc định của máy biến áp.

41

2.16

Thuộc tính của lưới điện: Tab lưới điện

42

2.17

Chỉnh sửa kiểm tra thông số lưới điện

42

2.18

Chỉnh sửa kiểm tra thông số MBA

43

2.19

Tùy chọn các thuộc tính hiển thị trong PSS/ADEPT

43

2.20

Giao diện tính thông số đường dây

45

2.21

Các tùy chọn trước khi tính toán thông số đường dây

45

2.22

Đặt tên mạch đường dây

46

2.23

Tọa độ và tên mạch điện

47

2.24

Nhập chiều cao, khoảng cách… của dây dẫn

47

2.25

Bảng xuất kết quả tổng trở, tổng dẫn thứ tự không, thứ tự thuận
và tương hỗ.

2.26

Lưu tổng trở, tổng dẫn thứ tự thuận, thứ tự không và tương hỗ
khi có kết quả tính toán

48
48

2.27

Kết quả tính toán được lưu vào file từ điển dữ liệu: “PTI.con”.

49

2.28

Cài đặt các tùy chọn của chương trình về tính toán trào lưu công suất

50

2.29

Cài đặt các thông số cơ bản của lưới

51

2.30

Cài đặt các đặc tính trên sơ đồ cần tính toán

52

2.31

Cài đặt các tùy chọn cho bài toán phân bố công suất

52

2.32

Hiển thị chi tiết từng bước lặp trong quá trình phân tích

53

2.33

Hộp thoại xuất hiện khi chương trình ở trạng thái tạm ngừng

54

2.34

Mô hình thay thế MBA 3 cuộn dây thành 3 MBA 2 cuộn dây ghép lại

56

Thẻ General; Thẻ Tap control

57

2.37

Thẻ Regulation

58

2.38

Phân nhóm các phần tử trên sơ đồ lưới điện

59

2.39

Phân nhóm của từng loại phụ tải

59

2.40

Khai báo các thông số để phân tích kinh tế mạng điện

60

2.35; 2.36


2.41

In sơ đồ lưới điện

61

2.42

Các thông số phân tích kinh tế cho bài toán tối ưu hóa vi trí đặt tụ bù

64

2.43

Các thông số người sử dụng phải định nghĩa

68

2.44

Kết quả tính toán CAPO

73

3.1

Sơ đồ lưới điện 110kV khu vực miền Bắc

75

3.15

Bảng tính Rh , Rt , Rl , Xh , Xt , Xl cho MBA 3 cuộn dây

79

3.16

Bảng tính R, X cho MBA 2 cuộn dây

80

3.2

Biểu đồ phụ tải ngày điển hình của tháng 1-2009

83

3.3

Biểu đồ phụ tải ngày điển hình của tháng 2-2009

83

3.4

Biểu đồ phụ tải ngày điển hình của tháng 3-2009

84

3.5

Biểu đồ phụ tải ngày điển hình của tháng 4-2009

84

3.6

Biểu đồ phụ tải ngày điển hình của tháng 5-2009

85

3.7

Biểu đồ phụ tải ngày điển hình của tháng 6-2009

85

3.8

Biểu đồ phụ tải ngày điển hình của tháng 7-2009

86

3.9

Biểu đồ phụ tải ngày điển hình của tháng 8-2009

86

3.10

Biểu đồ phụ tải ngày điển hình của tháng 9-2009

87

3.11

Biểu đồ phụ tải ngày điển hình của tháng 10-2009

87

3.12

Biểu đồ phụ tải ngày điển hình của tháng 11-2009

88

3.13

Biểu đồ phụ tải ngày điển hình của tháng 12-2009

88

3.14

Biểu đồ phụ tải ngày điển hình của năm 2009

89


MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Hiện nay nền kinh tế nước ta đang có những bước phát triển mạnh mẽ, tốc độ
công nghiệp hóa tăng nhanh, nhu cầu tiêu thụ điện ngày càng lớn. Cùng với sự phát
triển của nền kinh tế quốc dân, là những yêu cầu ngày càng khắt khe của công nghệ
đòi hỏi về chất lượng điện năng ngày càng cao, cũng như về chi phí sản xuất và
truyền tải ngày càng phải giảm thấp. Đứng trước tình hình đó ngành Điện phải thực

hiện những kế hoạch phát triển nguồn và lưới điện để đáp ứng nhu cầu tiêu thụ của
các phụ tải điện, không ngừng cải tạo nâng cấp lưới điện hiện có, đề ra những giải
pháp, phương thức vận hành hợp lý để nâng cao chất lượng điện năng, khai thác
lưới điện hiệu quả, giảm tổn thất điện năng trong quá trình truyền tải đến mức thấp
nhất, để có thể đáp ứng ngày càng tốt hơn những đòi hỏi về chất lượng điện năng
đồng thời tiết kiệm chi phí đầu tư, sản xuất và truyền tải điện.
Mặt khác trên thế giới cũng như nước ta hiện nay đang có nguy cơ cạn kiệt
nguồn năng lượng sơ cấp do vậy chúng ta phải triệt để tiết kiệm năng lượng nhất
điện năng. Do đó việc tính toán tổn thất điện năng để có giải pháp khai thác hiệu
quả ở lưới điện truyền tải sẽ góp phần giảm tổn thất kỹ thuật, giảm chi phí truyền
tải điện cho toàn ngành.
Với lưới truyền tải điện 110kV nói chung và lưới 110kV miền Bắc của Việt
Nam nói riêng việc tính toán giảm tổn thất điện năng gặp không ít khó khăn, chiều
dài đường dây lớn, địa hình phức tạp, các đường dây do xây dựng chắp nối nhiều
giai đoạn, tiết diện các đường dây khác nhau, thời điểm sử dụng công suất khác
nhau, phân bố công suất trên đường dây không đều nhau. Mặt khác, với sự phát
triển ngày càng mạnh mẽ của phụ tải trong khi đường dây chưa được cải tạo nâng
cấp kịp thời gây quá tải đường dây làm ảnh hưởng lớn đến tổn thất điện năng của
lưới, do đó Tính toán tổn thất và tối ưu hoá vị trí đặt tụ bù cho lưới điện 110kV khu
vực miền Bắc là rất cần thiết.
Trong bối cảnh nêu trên, với mục đích đi sâu tìm hiểu thêm về phương pháp và
công cụ phân tích tổn thất cũng như lựa chọn dung lượng bù, đề tài luận văn được
1


lựa chọn là “Tính toán tổn thất và tối ưu hoá vị trí đặt tụ bù cho lưới điện 110kV
khu vực miền Bắc”.

2. Mục đích nghiên cứu
Mục đích nghiên cứu của đề tài là tính toán tổn thất và tối ưu hoá vị trí đặt tụ bù

cho lưới điện 110kV khu vực Miền Bắc.

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
3.1. Đối tượng nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu của đề tài là lưới điện Miền Bắc, Lý thuyết về tổn thất điện
năng trên lưới truyền tải, Chương trình PSS/ADEPT vận dụng trong tính toán tổn
thất và tối ưu hoá vị trí đặt tụ bù cho lưới điện 110kV khu vực Miền Bắc.

3.2. Phạm vi nghiên cứu
Phạm vi nghiên cứu của đề tài là đi vào nghiên cứu Tính toán tổn thất và tối ưu
hoá vị trí đặt tụ bù cho lưới điện 110kV khu vực Miền Bắc.

4. Phương pháp nghiên cứu
Trên cơ sở lý thuyết Lưới truyền tải và vấn đề giảm tổn thất điện năng, các biện
pháp bù công suất phản kháng để giảm tổn thất điện năng, sử dụng phần mềm
PSS/ADEPT trong việc tính toán tổn thất và tối ưu hoá vị trí đặt tụ bù, xây dựng
chương trình mô phỏng tính toán toán tổn thất và tối ưu hoá vị trí đặt tụ bù cho lưới
điện 110kV khu vực miền Bắc.

5. Cấu trúc của luận văn
Ngoài phần mở đầu và kết luận chung, nội dung của luận văn gồm 3 chương:
Chương 1: Lưới truyền tải và vấn đề tính toán tổn thất điện năng. Biện pháp
bù công suất phản kháng để giảm tổn thất điện năng.
Chương 2: Giới thiệu phần mềm PSS/ADEPT trong việc tính toán tổn thất và
tối ưu hoá vị trí đặt tụ bù.
Chương 3: Tính toán áp dụng cho lưới 110kV khu vực miền Bắc.
Kết luận và kiến nghị
2

Chương 1
LƯỚI TRUYỀN TẢI VÀ VẤN ĐỀ TÍNH TOÁN
TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG, BIỆN PHÁP BÙ CÔNG
SUẤT PHẢN KHÁNG ĐỂ GIẢM TỔN THẤT
1.1 Vai trò, đặc điểm chung của lưới điện truyền tải
1.1.1 Các yêu cầu chung
Lưới điện được đánh giá theo 04 tiêu chuẩn chính:
1. Vận hành an toàn.
2. Đảm bảo chất lượng điện năng.
3. Đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện.
4. Hiệu quả kinh tế.
Ba tiêu chuẩn đầu là để phục vụ khách hàng - trong đó an toàn điện bao gồm
an toàn điện chung, nguy cơ cháy nổ, hành lang an toàn. Ngoài ra còn có tiêu chuẩn
mỹ quan cho xã hội.
Tiêu chuẩn 4 thuộc về ngành điện. Hiệu quả kinh tế bao gồm: -Chi phí bảo
quản, vận hành ít nhất gồm chi phí cho tổn thất điện năng và chi phí vận hành; Tránh được nguy cơ làm hại thiết bị (do quá tải, quá áp); -Thất thu ít nhất (do mất
điện năng…). Các tiêu chuẩn trên được quán xuyến trong quy hoạch, thiết kế cũng
như vận hành.

1.1.2 Cấu trúc của Hệ thống điện
Hệ thống điện bao gồm các nhà máy điện, trạm biến áp, các đường dây tải
điện và các thiết bị khác như thiết bị điều khiển, thiết bị bù, bảo vệ .v.v. được nối
với nhau thành hệ thống, làm nhiệm vụ sản xuất, truyền tải và phân phối điện năng.
Hệ thống điện phát triển không ngừng trong không gian và thời gian để đáp
ứng các nhu cầu ngày càng phát triển của phụ tải. Tùy theo mục đích nghiên cứu hệ

3


35 kV

22 kV

110 kV

~

~

10,5 kV

220 kV

22 kV

500 kV
220 kV

10,5 kV

~

110 kV
15,75 kV

~

~ ~ ~

22kV

35 kV

110 kV

Nút phụ tải 22kV

22 kV
0,4 kV

0,4 kV

0,4 kV

0,4 kV

Hình 1.1 Sơ đồ cấu trúc hệ thống điện (khu vực)

thống điện được chia thành các phần hệ thống tương đối độc lập nhau. Cấu trúc
chung của hệ thống điện như sơ đồ (Hình 1.1):
Về mặt quản lý vận hành Hệ thống điện được chia thành:
+ Khối các nhà máy điện do các nhà máy điện quản lý (các nhà máy điện
thuộc nhiều thành phần kinh tế khác nhau như; các nhà máy lớn quan trọng thuộc
Nhà nước quản lý, còn lại thuộc các Công ty cổ phần, Công ty liên doanh).
+ Lưới điện siêu cao áp ( có U ≥ 330 kV) và các trạm biến áp khu vực do các
Công ty truyền tải quản lý (tài sản Nhà nước).
+ Lưới truyền tải (110-220) kV, thường do các Công ty Điện lực quản lý (tuy
vẫn là tài sản Nhà nước).

4

+ Lưới điện phân phối (U ≤ 35 kV) do các Điện lực quản lý (có thể là tài sản
Nhà nước, các Công ty trách nhiệm hữu hạn một thành viên, các Công ty cổ phần
Điện lực, các khách hàng v.v.).

1.1.3 Vai trò và đặc điểm chung của lưới điện truyền tải 110kV
Lưới điện 110 kV của Việt Nam là một trong 2 phần cơ bản của lưới điện
truyền tải khu vực, làm nhiệm vụ đưa điện năng từ các trạm 220 kV khu vực đến
các trạm trung gian (TTG) với khoảng cách lớn.
Các đặc điểm của lưới truyền tải 110kV:
- Sơ đồ kín có dự phòng.
- Thực hiện chủ yếu bằng các đường dây trên không.
- Phải bảo quản định kỳ hàng năm.
- Trung tính máy biến áp được nối đất trực tiếp.
Nếu xét riêng lưới 110 kV truyền tải 110 kV có thể đưa về dạng chung như
trên hình 1.2. Thực tế, lưới 110 kV thường nhận điện từ các trạm lớn khu vực
220/110kV và cung cấp công suất cho các trạm trung gian 110/35 kV hoặc 110/22
kV. Một số ít trạm tăng áp 110/10,5 kV cung cấp công suất cho lưới 110 kV từ các
nhà máy điện. Đặc điểm sơ đồ vừa nêu có thể sử dụng khi phân tích tổn thất chỉ
riêng lưới điện truyền tải 110 kV.

Lưới truyển tải 220 kV
~

Lưới truyền tải 110 kV

Lưới điện phân phối
Hình 1.2 Sơ đồ lưới truyền tải 110kV.

5


1.2 Tổn thất điện năng
Tổn thất công suất và tổn thất điện năng là những chỉ tiêu quan trọng trong
việc đánh giá hiệu quả làm việc của hệ thống điện (HTĐ). Tổn thất trong HTĐ bao
gồm 2 thành phần, tổn thất kỹ thuật và tổn thất thương mại. Tổn thất kỹ thuật là
dạng tổn thất xảy ra do bản chất vật lý của các phần tử trong HTĐ, do kết cấu của
lưới điện và do phương thức vận hành HTĐ, còn tổn thất thương mại là tổn thất
xảy ra trong quá trình quản lý việc sản xuất, truyền tải và sử dụng điện năng. Vấn
đề tính toán tổn thất gắn liền với bài toán thiết kế, vận hành HTĐ, cũng như lựa
chọn cấu trúc hợp lý của lưới điện.

1.2.1 Các nguyên nhân gây ra tổn thất trong HTCCĐ
Tổn thất điện năng trong hệ thống điện luôn luôn tồn tại do nhiều nguyên
nhân khác nhau: mất mát năng lượng do hiệu ứng Joule, tổn thất từ trễ và dòng
Foucault trong lõi từ của máy điện, tổn thất vầng quang trên các đường dây truyền
tải điện, tổn thất do sai số trong hệ thống đo đếm, tổn thất do gian lận sử dụng
v.v… Những nguyên nhân này có thể được chia thành 2 nhóm: tổn thất kỹ thuật và
tổn thất phi kỹ thuật.
1.2.2 Tổn thất kỹ thuật
Tổn thất kỹ thuật là tổn thất tồn tại do bản chất vật lý của các phần tử trong
hệ thống điện. Nó phản ảnh hiệu suất của hệ thống trong quá trình sản xuất, truyền
tải và phân phối điện năng tới nơi tiêu thụ. Các thành phần chính của tổn thất kỹ
thuật bao gồm
- Tổn thất trên điện trở của mọi phần tử có dòng điện chạy qua
Tổn thất trên điện trở của phần tử tỉ lệ với bình phương của dòng điện chạy
qua phần tử đó theo biểu thức P = I 2 .R . Tuy nhiên cũng cần phải xét đến mối
quan hệ giữa nhiệt độ và điện trở của phần tử bởi vì khi dòng điện tăng lên thì nhiệt
độ của thiết bị cũng tăng.

- Các tổn thất không tải do phần tử mang điện áp
Tổn thất không tải xuất hiện trong các phần tử có chứa mạch từ như máy
biến áp, động cơ, điện kháng, nam châm điện, các thiết bị bù. Dạng tổn thất này

6


thường tỷ lệ xấp xỉ với bình phương của điện áp và bao gồm các thành phần như
tổn thất do hiện tượng từ trễ, tổn thất do dòng điện foucault và tổn thất do hỗ cảm
giữa các phần tử.
- Tổn thất vầng quang
Tổn thất vầng quang xuất hiện trên các đường dây truyền tải điện do mất
mát năng lượng vào việc ion hóa không khí xung quanh đường dây.
Tổn thất kỹ thuật có thể được phân loại theo cấp điện áp.
- Tổn thất ở lưới truyền tải:
+ Tổn thất trên các đường dây truyền tải (500kV, 220kV, 110kV)
+ Tổn thất qua máy biến áp truyền tải
- Tổn thất ở lưới phân phối:
+ Tổn thất ở các phía cao áp lưới phân phối (35kV, 22kV, 10kV, 6kV)
+ Tổn thất qua máy biến áp phân phối
+ Tổn thất ở lưới hạ áp (0,4kV)
1.2.3 Tổn thất phi kỹ thuật
Là tổn thất do sự chênh lệch giữa lượng điện năng sử dụng và lượng điện
năng được tính tiền. Sự chênh lệch này là do sai số của thiết bị đo đếm như công tơ,
máy biến dòng, do những phụ tải không được tính tiền hoặc do trộm cắp, gian lận
thương mại. Tổn thất phi kỹ thuật phản ánh hiệu quả quản lý điện năng từ khâu
sản xuất, truyền tải và phân phối tới khách hàng. Tổn thất phi kỹ thuật bao gồm các
thành phần chính:
- Tổn thất do sai số của thiết bị đo đếm
Các thiết bị đo đếm bao gồm các máy biến dòng điện, máy biến điện áp,

wattmet, công tơ, các thiết bị hiển thị cơ và số. Tổn thất điện năng có thể xuất hiện
do sai số cũng như hỏng hóc của các thiết bị này. Lượng tổn thất này có thể khá lớn
vì số lượng các thiết bị đo đếm được sử dụng trong HTĐ là rất nhiều.
- Tổn thất do lỗi trong việc tính toán hóa đơn điện năng tiêu thụ
- Tổn thất do gian lận, ăn trộm điện của người sử dụng

7


Bên cạnh các nguyên nhân gây ra tổn thất, cũng phải xét đến cả các yếu tố
ảnh hưởng đến tổn thất. Các yếu tố này không trực tiếp gây nên tổn thất nhưng lại
ảnh hưởng nhiều đến trị số của tổn thất.

1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến tổn thất và khả năng giảm thiểu
tổn thất
1.3.1 Điện áp làm việc của trang thiết bị
Làm việc với điện áp càng cao, dòng điện càng bé, vì thế chọn cấp điện áp khi
thiết kế (đường dây, máy biến áp) và điều chỉnh điện áp lúc vận hành đều có ảnh
hưởng mạnh đến trị số tổn thất công suất và điện năng.
- Nâng cấp điện áp định mức của lưới điện.
Là biện pháp giảm tổn thất rất đáng kể bởi trị số tổn thất tỉ lệ nghịch với
bình phương của điện áp định mức:
∆P = 3RI 2 =

P2 + Q2
R
U2

Tuy nhiên nâng cấp điện áp lại liên quan với việc cần tăng vốn đầu tư cho cách
điện và kết cấu lưới, cần so sánh lựa chọn theo chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật.

- Điều chỉnh điện áp tại máy biến áp
Các máy biến áp trong HTĐ hầu hết đều có khả năng điều chỉnh điện áp bằng
cách thay đổi đầu phân áp. Việc thay đổi đầu phân áp cho phép lựa chọn điện áp
làm việc tối ưu cho đường dây tải điện (ở mức cao giới hạn trong mọi chế độ tải)
nhờ đó giảm được tổn thất. Ngoài ra, thay đổi đầu phân áp còn làm thay đổi sự
phân bố công suất phản kháng trong lưới, nếu có phương pháp điều khiển tối ưu
cũng có thể giảm được trị số tổn thất xuống đến mức thấp nhất.
1.3.2 Truyền tải công suất phản kháng
Cân bằng công suất phản kháng nút là điều kiện cần để đảm bảo chất lượng
điện năng. Mất cân bằng công suất phản kháng điện áp nút sẽ thay đổi. Trong HTĐ
luôn luôn tồn tại quá trình truyền tải công suất phản kháng (kèm theo với công suất
tác dụng), dòng điện tăng lên, làm tăng cao trị số tổn thất công suất tác dụng (công

8


thức 1.1). Giảm công suất phản kháng truyền tải là biện pháp chủ yếu khi áp dụng
các biện pháp giảm thiểu tổn thất.
- Ảnh hưởng của các thiết bị bù
Các thiết bị bù công suất phản kháng thường được đặt ở phụ tải. Các thiết bị
này có tác dụng phát công suất phản kháng vào đường dây, giảm lượng công suất
phản kháng chạy trên đường dây nhằm cải thiện điện áp làm việc của phụ tải, tăng
hệ số công suất và giảm tổn thất trên đường dây.
- Điện dung tự nhiên của đường dây
Điện dung tự nhiên của đường dây có tác dụng giống như các thiết bị bù,
phát công suất phản kháng vào lưới, làm giảm được dòng công suất phản kháng
chạy trên lưới dẫn tới giảm tổn thất trên đường dây.
Công suất phản kháng do điện dung tự nhiên của đường dây sinh ra:

Q = BU 2

Trong đó:
B: điện dẫn phản kháng của đường dây ( B

= ωC )

U: điện áp làm việc của đường dây
Có thể nhận thấy rằng, lượng công suất phản kháng của đường dây sinh ra tỉ
lệ với bình phương điện áp làm việc. Do vậy, ở những cấp điện áp cao và siêu cao
(220; 500kV) thì lượng công suất do đường dây sinh ra này là rất lớn, trong chế độ
non tải hoặc không tải thì điện áp cuối đường dây có thể tăng quá trị số cho phép,
vì vậy đối với các cấp điện áp trên thì người ta thường đặt kháng bù trên đường dây
để giữ điện áp tại các nút nằm trong phạm vi cho phép. Để tận dụng công suất này
người ta thường bù không hoàn toàn công suất điện dung tự nhiên của đường dây.
Khi đó đường dây đóng vài trò nguồn bù công suất phản kháng cho hệ thống.

1.4 Các phương pháp tính tổn thất điện năng
Tổn thất công suất và điện năng là một chỉ tiêu quan trọng, luôn phải được
xét đến trong thiết kế và vận hành HTCCĐ. Việc đánh giá chính xác trị số tổn thất
công suất và điện năng có ý nghĩa kinh tế kỹ thuật rất lớn, không thể nói đến hiệu

9


quả của bài toán thiết kế và vận hành tối ưu nếu chưa đưa ra được các đánh giá phù
hợp trị số tổn thất công suất và điện năng của HTCCĐ trong các tình huống xem
xét.
Sự phát triển của kỹ thuật thu thập và xử lý thông tin, những tiến bộ về
phương tiện tính toán ( các MTĐT tốc độ nhanh ) đã cho phép tạo ra những khả
năng mới xác định chính xác các lượng tổn thất - thông tin quan trọng nhất giúp
cho hệ thống đảm bảo hoạt động điều hành mang hiệu quả tối ưu thực tế.

Cũng cần phân biệt bài toán xác định tổn thất công suất và xác định tổn thất
điện năng. Tổn thất công suất chỉ tương ứng với một phương thức vận hành, một
chế độ của phụ tải và nguồn xác định. Còn tổn thất điện năng mang ý nghĩa thực
tiễn, gắn liền với hoàn cảnh điều kiện hoạt động lâu dài của HTCCĐ.
Cơ sở và phương pháp xác định tổn thất công suất, thực chất là phân tích
chế độ xác lập của HTCCĐ: tính phân bố dòng, áp, công suất trên các phần tử của
lưới điện. Tổn thất sẽ được tính chính xác nếu kể đến đầy đủ các yếu tố của phần
tử. Nói chung mọi thông số của các phần tử đều trực tiếp hay gián tiếp liên quan
đến trị số tổn thất công suất tổng trong lưới: tổn thất có tải và không tải trong các
máy biến áp, dung dẫn của đường dây trên không và cáp, đầu phân áp đang vận
hành của trạm, dung lượng bù tĩnh...Tuy nhiên, ta thường gặp khó khăn ở số liệu
đầu vào vì các số liệu đo lường thường là thiếu. Về nguyên tắc thì phải biết được
P,Q tại từng giờ trong ngày và ở mọi nút, tuy nhiên ở lưới điện Việt Nam hiện nay
thì số liệu chỉ biết ở các trạm lớn còn ở các trạm địa phương thì số liệu thiếu dẫn
tới gây khó khăn cho việc tính toán. Để giải quyết khó khăn về mặt thiếu số liệu
đầu vào, thường phải dùng các phương pháp tính gần đúng (ví dụ như phương pháp
lấy hệ số đồng thời cho dòng điện trên các nhánh.) Hiện nay đang tồn tại rất nhiều
những chương trình tính toán CĐXL của HTCCĐ rất hữu hiệu và có độ chính xác
cao, do đó vấn đề xác định tổn thất công suất, nói chung không có khó khăn. Nội
dung phức tạp chính nằm trong bài toán xác định tổn thất điện năng.

10


Có thể chia các phương pháp tính toán tổn thất điện năng làm 2 nhóm: tính
toán theo trị số tổn thất công suất cực đại và tính toán trực tiếp theo biểu đồ công
suất.

1.4.1 Tính tổn thất điện năng theo biểu đồ
1.4.1.1 Tính toán theo biểu đồ dòng điện

Với quy luật biến thiên như hình 1.3 sau đây:

Hình 1.3 Đồ thị biến thiên của dòng điện theo thời gian.
Với hệ tọa độ I - t. Chia trục hoành (t) thành n đoạn bằng nhau với độ dài ∆t =
t
, như vậy việc xác định biểu đồ phụ tải thực tế bằng việc tính diện tích các hình
n

chữ nhật (Hình 1.4a) hay hình thang (Hình 1.4b).

Hình 1.4a Đồ thị phụ tải được
chữ nhật hóa.

Hình 1.4b Đồ thị phụ tải được
hình thang hóa.

11


Tổn thất điện năng tính theo dạng đồ thị dòng điện đã cho ở các dạng Hình
1.4a sẽ bằng:
T

n

0

t =1

t n 2

∑ It
n 1

∆A = 3R ∫ I t2 .dt = 3R. ∑ I t2 .∆t = 3R

(1.1)

Tổn thất điện năng tính theo dạng đồ thị phụ tải phụ tải đã cho ở các dạng
Hình 1.4b sẽ bằng:
T

∆A = 3R ∫ I t2 .dt = 3R
0

n −1
t
( I 02 + I n2 + 2∑ I t2 )
2n
t =1

(1.2)

Khi I0 = In công thức (1.1) sẽ nhận được dạng công thức (1.2)
Theo phương pháp này thứ nguyên của dòng điện tính bằng (A) tổn thất điện
năng tính bằng (kWh) thì công thức (1.1) sẽ được tính theo công thức (1.3) sau:
∆A = 3R.10-3.

t n 2
∑ It
n 1

(1.3)

Công thức 1.2 sẽ được tính theo công thức (1.4) sau:
∆A = 1,5R.10-3.

n −1
t 2
( I 0 + I n2 + 2∑ I t2 )
n
t =1

(1.4)

1.4.1.2 Biểu đồ phụ tải cho ở dạng công suất toàn phần
Hình dạng đồ thị và cách tính tương tự như trên, công thức tính tổn thất điện
năng sẽ tính như sau:
t n ⎛S
∆A = R.10 . ∑ ⎜⎜ t
n 1 ⎝Un
-3

t ⎡⎛ S
hoặc: ∆A = R.10 . ⎢⎜⎜ 0
2n ⎢⎝ U 0
⎣
-3

⎞
⎟⎟

⎠

2

(1.5)

2

2

n −1
⎛S
⎞ ⎛ Sn ⎞
⎟⎟ + 2∑ ⎜⎜ t
⎟⎟ + ⎜⎜
t =1 ⎝ U t
⎠ ⎝Un ⎠

⎞
⎟⎟
⎠

2

⎤
⎥
⎥⎦

(1.6)

Trong đó thứ nguyên của; công suất S là (kVA), điện áp U là (kV) tổn thất
điện năng ∆A là (kWh).

1.4.1.3 Phương pháp dòng điện trung bình bình phương
Dòng điện trung bình bình phương Itb là dòng điện quy ước có giá trị không
đổi, chạy trên đường dây trong suốt thời gian khảo sát T và gây nên tổn thất điện
năng bằng tổn thất điện năng do dòng điện làm việc gây ra (Hình 1.5 và 1.6).

12


Hình 1.5 Đồ thị phụ tải của dòng
điện theo thời gian T.

Hình 1.6 Đồ thị xác định dòng
điện trung bình bình phương Itb

T

∆A = 3R ∫ I t2 .dt = 3R I tb2 T

Nghĩa là:

(1.7)

0

T

Từ công thức (1.7) ta có: I =

2
tb

∫I

2
t

dt

0

T

(1.8)

Như vậy dòng điện trung bình bình phương sẽ là:
T

Itb =

∫I

2
t

dt

(1.9)

0

T

Tính toán Itb cũng giống như phương pháp tích phân đồ thị phụ tải. Tích phân
ở biểu thức (1.9) được tính tương tự theo biểu thức (1.1) và (1.2) tức là:
T

2
∫ I t .dt =
0

T

hay

n

∑I
t =1

2
t

2
∫ I t .dt =
0

.∆t =

t n 2
∑ It
n 1

n −1
t
( I 02 + I n2 + 2∑ I t2 )
2n
t =1

Nếu đã biết giá trị dòng điện Itb thì tổn thất điện năng trên đường dây tính theo
biểu thức:
∆A = 3R I tb2 T .10-3 (kWh)

(1.10)

1.4.1.4 Sử dụng chương trình tính toán

13